EP2259049A1 - Method and measuring device for qualitative and quantitative analysis of bodily fluids - Google Patents
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- EP2259049A1 EP2259049A1 EP10164648A EP10164648A EP2259049A1 EP 2259049 A1 EP2259049 A1 EP 2259049A1 EP 10164648 A EP10164648 A EP 10164648A EP 10164648 A EP10164648 A EP 10164648A EP 2259049 A1 EP2259049 A1 EP 2259049A1
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- G01N2021/0335—Refrigeration of cells; Cold stages
Definitions
- the present invention relates to a method and a measuring device for the qualitative and quantitative analysis of body fluids, in particular blood, sweat and urine.
- Extensive blood analyzes which give a precise overview of the chemical and quantitative composition of the blood, are time-consuming and usually very expensive.
- Quick blood tests that are easier to handle and also significantly cheaper usually only provide analysis data on a blood component, such as the lactate test or the glucose test.
- a blood component such as the lactate test or the glucose test.
- the patient can only be tested for diabetes in diagnostic diagnostics with the aid of the rapid medical test.
- a diagnosis of diabetes is made only because of increased blood sugar levels was, but extremely doubtful.
- a reliable diagnosis requires proof of at least one other disease indicator.
- most diabetes diagnostic methods determine a change in blood sugar only in a strong increase in blood sugar, the so-called hyperglycemia.
- hyperglycemia is a very late stage in the chain of events leading to a full-blown diabetes.
- the object underlying the invention is to provide a method which makes it possible to analyze several components of a body fluid, in particular the blood, sweat and urine in parallel.
- the aim is to measure both the concentration of the respective substance in the body fluid and its concentration change as a function of various environmental factors acting on the test person.
- the method developed should provide the opportunity to visualize and analyze the chemistry and chemical changes associated with exposure to the constituents of each bodily fluid.
- the analytical data obtained for the individual components can be used to make statements about various diseases, such as diabetes or mitochondrial dysfunctions.
- the object of the invention is achieved by a method for the qualitative and quantitative analysis of body fluids, in particular of blood, urine or sweat.
- fluorescence spectroscopic methods are used to study the body fluids.
- a temperature control of the body fluid sample takes place at temperatures between 200 K and 4 K in a cryostat.
- irradiation and excitation of the body fluid sample with light in the UV, visible or infrared range at temperatures between 200 K and 4 K is performed.
- the cryostat fulfills both the function of temperature control of the body fluid sample and the function of a sample holder and a sample cell by the sample cell is arranged in the cryostat and completed by a Kryostatenwandung outwards, the sample cell contacted directly with a heat exchanger of the cryostat thermally.
- the fluorescence radiation produced during excitation of the body fluid sample is spectrally decomposed into individual fluorescence signals in method step c), which are subsequently detected in method step d). Thereafter, in process step e), a comparison of the fluorescence signals obtained and of corresponding comparison data takes place. This comparison then allows an evaluation of the fluorescence signals.
- the method described here for the qualitative and quantitative analysis of body fluid constituents is suitable for both human and veterinary uses.
- the invention is based on the property of substances to absorb light of specific wavelengths and to re-emit them after internal conversion in the form of fluorescence.
- the resulting fluorescence spectra are characteristic and, taking into account band positions in the spectrum and the fluorescence lifetime, can be used for chemical sample analysis.
- the property of a substance to fluoresce is strong depending on how and with which environment molecules the fluorescent substance interacts. Such interactions suppress the intensity of fluorescence and can lead to complete quenching of fluorescence.
- the two most important types of quenching processes are dynamic quenching and static quenching.
- a well evaluable fluorescence signal could be measured for "Low Density Lipoprotein" (LDL) even from a temperature of 200 K, which did not change significantly even if the temperature were further reduced.
- LDL Low Density Lipoprotein
- the temperature control of the body fluid sample in process step a) to temperatures between 150 K and 4 K, since there provide most components of body fluid samples well evaluable fluorescence signals. Temperatures between 100 K and 10 K proved to be particularly advantageous.
- the irradiation and excitation in step b) with light of wavelength 266 nm, preferably laser light since most organic compounds have a strong absorption in the UV range.
- various organic compounds also have excitation maxima in the vis range.
- An example of this is the fluorescence of flavin adenine dinucleotide (FAD).
- FAD flavin adenine dinucleotide
- This substance can be excited to fluoresce even at room temperature with an excitation wavelength of 450 nm and emitted in the range of 515 nm. Also with this substance, a significant increase in the intensity of the emission signal could be determined with a reduction in temperature.
- the irradiation of the body fluid sample in method step b) can also take place simultaneously with several different wavelengths.
- a particular advantage of the invention is to be considered that under given circumstances, the detection according to process step d) and thus the measurement of the fluorescence signals of the various ingredients of the respective body fluid can be performed simultaneously.
- at least two of the indicators may include blood sugar levels, insulin levels, levels of lipoproteins, levels of homocysteine, long-term blood glucose (HbA1c), and fibrinogen levels be examined simultaneously.
- the measurement of the blood glucose level can be carried out simultaneously with the measurement of blood protein values.
- the use of the method in the detection of mitochondrial dysfunction, for the determination of the lactate / pyruvate ratio, the fluorescence signals of both components, lactate and pyruvate, can be measured simultaneously.
- the measurements of the sugar content, the content of acetone and / or albumin are carried out simultaneously.
- the excitation of the frozen sample is carried out according to an embodiment of the method according to the invention with light of wavelength 266 nm. Occasionally be evaluated at a measurement temperature of 200 K evaluable fluorescences, the optimum cooling temperature between 150 K and 4 K.
- a clearly evaluable spectrum for lactate can already be recognized by reducing the temperature to 200 K, which increases again as the temperature is further reduced to 100 K and 10 K.
- the comparison characteristics are preferably the intensity of the fluorescence, the area below a fluorescence band, the position of the individual fluorescence band maxima in the total spectrum, the ratio of different band maxima within a spectrum to each other, the quantum yield of the sample and the lifetime of the fluorescence of each fluorophore provided.
- the measured value of the desired body fluid constituent determined by low temperature is preferably compared with a predetermined test criterion. For example, a patient to be examined Accordingly, as ill or identified as a risk patient, when several of the measured body fluid constituents have changes from the predetermined test criterion. In general, it is advantageous if the test and reference criterion has previously been verified by measurements independent of this method.
- the light source, the body fluid sample thermostating cryostat, the fluorescence spectrograph, and the imaging detector are within one arranged compact measuring device.
- the sample measuring cell which also serves as a sample holder, is arranged in the cryostat.
- the cryostat thus fulfills both the task of temperature control of the body fluid sample and the task of the sample measuring cell.
- the cryostat wall which closes off the sample measuring cell to the outside and thus prevents heat exchange with the light source and the fluorescence spectrograph, is preferably formed by at least two UV-common windows offset by 90 ° from each other.
- the light source, the cryostat for deep-freezing the body fluid sample, the fluorescence spectrograph and the imaging detector act as a sum of individual devices with each other.
- the light source used to excite the frozen body fluid sample is, in an advantageous embodiment, a broadband light source.
- broadband light sources in particular mercury vapor lamps, xenon high-pressure lamps or deuterium lamps are provided.
- a narrow-band light source can be used for the excitation of the frozen body fluid sample.
- LED light-emitting diode
- laser light sources come into question, wherein in the measuring device a plurality of light sources of different wavelengths can be provided.
- cryostats used are refrigerator cryostats, evaporator cryostats, pulse tube cryostats or sterling coolers used.
- a refrigerant for example, helium or nitrogen can act, and due to the required very low temperatures, the use of helium is considered preferable.
- the sample cell is directly connected to a heat exchanger of the cryostat and a heater for regulating the temperature of the body fluid sample.
- the obtained data of the Kryofluoreszenzflop be spectrally dissected according to a preferred embodiment of the method according to the invention and then detected by means of an imaging detector.
- an imaging detector various photomultipliers (PMT), pin photodiodes, avalanche photodiodes or charge coupled device (CCD) cameras can be used as the imaging detector.
- PMT photomultipliers
- CCD charge coupled device
- the advantages of the measuring device according to the invention are, above all, that it is suitable both for human and for veterinary uses. Furthermore, with this measuring device and the measuring method, the analysis of several components in parallel in only one device is possible. Thus, there is also the possibility of analyzing different clinical pictures by means of only one method and one device.
- the high sensitivity of the method allows for early detection of changes. Last but not least, the method is also cost-effective in comparison with previously developed methods of similar efficiency. Another advantage is the ease of use of the method with closed refrigerant circuit.
- the method allows both the quantitative and the chemical analysis of the individual blood components. Prior treatment of the blood sample (sample preparation) is only conditionally necessary. This contributes as much to the time savings as the fact that the Assay results are available relatively quickly. In addition, no chemical change of the blood is necessary. Overall, all the above-mentioned advantages contribute to the fact that the method is also considered to be very economical over a longer period of time and at high frequency with the refrigerant circuit closed.
- the Fig. 1a shows a simplified representation of the measuring device 1.
- the Fig. 1b shows a simplified principle of the measuring device 1 for measurements at room temperature and at low temperatures.
- this body fluid sample 5 is placed in a UV-compatible temperature-stable cuvette 6.
- the cuvette 6 and its contents are brought into a combined apparatus, essentially consisting of a light source 2, a cryostat 3 and a fluorescence spectrograph with an imaging detector 4. It is in the FIGS. 1a . 1b and 1c only one possible arrangement shown.
- broadband light sources 2 such as mercury vapor lamps, xenon high pressure lamps, deuterium lamps or narrow-band light sources 2, such as LEDs and lasers (Titanium: Sapphire, diode laser, dye laser others). Both types of light sources 2 offer their advantages for different applications. Broadband light sources 2, because of their multiplicity of wavelengths, provide a better opportunity to simultaneously detect many different constituents of the body fluid sample 5. Narrow-band light sources 2 can be used specifically for excitation of specific sample components 5 due to the light emission over a small wavelength range. The disadvantage of using this narrowband However, light sources 2 is that due to various absorption maxima of the contents of the body fluid sample 5 with such a light source 2, not all the ingredients are excited to fluoresce.
- the measuring device 1 in order to be able to cover the entire spectrum of possible fluorescences within the body fluid sample 5, the measuring device 1 must be equipped with multiple light sources of different wavelengths even when using lasers.
- the cryostat 3 fulfills both the function of temperature control of the body fluid sample 5 and the function of the sample holder 7 and the sample measuring cell 7.
- the body fluid sample 5 After introduction of the UV-standard temperature-stable cuvette 6 in the sample holder 7, which directly with the heat exchanger 8 and a Heating 9 is connected to regulate the temperature of the body fluid sample 5, the body fluid sample 5 is cooled to a desired examination temperature and tempered at this temperature for some time, depending on the nature of the sample.
- the optimal cooling temperature is between 150 K and 4 K, and occasionally, as in the case of "low density lipoprotein" (LDL), detectable fluorescences can already be detected in a blood sample at 200 K.
- LDL low density lipoprotein
- the cryostat wall 10 which closes off the sample measuring cell 7 towards the outside and thus prevents heat exchange with the light source 2 and the fluorescence spectrograph 4, is characterized by at least two UV-common windows 11, for example Suprasil® quartz glass, offset by 90 °.
- UV-common windows 11 for example Suprasil® quartz glass, offset by 90 °.
- Evaporator technology, refrigerator technology or pulse tube technology work are used, with the handling of the overall system and the economy of cryostat 3 with closed refrigerant circuit is better compared to those with open refrigerant circuit.
- Helium, nitrogen or mixtures of refrigerants can act as refrigerants, whereby the use of helium is considered to be preferred due to the very low temperatures required.
- the refrigerant can, as in Fig. 1c represented, with the help of various pumps and compressors 12 are transported via a flexible hose system 13 to the heat exchanger 8.
- the body fluid sample 5 which is temperature-controlled to the examination temperature in the sample chamber, is then illuminated within the cryostat 3 with the aid of the light source 2 via one of the UV-standard windows 11.
- the fluorescence emissions of the sample constituents 5 generated by the irradiation are led out of the sample chamber via one of the further windows, spectrally decomposed in the fluorescence spectrograph 4 and subsequently detected.
- various photomultipliers (PMT), pin photodiodes, avalanche photodiodes or charge coupled device (CCD) cameras can be used as the imaging detector 4.
- the evaluation of the fluorescence data thus obtained is carried out with the aid of special software via a computer 14 as an evaluation unit 14. With the help of this software, it is possible to normalize the data obtained, numerically and graphically represent their most important characteristics and then evaluate with a database of values for healthy subjects in the normal state (that is: no form of stress) to compare.
- Both static fluorescence data and dynamic fluorescence data are compared.
- important comparison characteristics are the intensity of the fluorescence, the area below a fluorescence band, the position of the individual fluorescence band maxima in the total spectrum, the ratio of different band maxima within a spectrum to each other, the quantum yield the body fluid sample 5 and the lifetime of the fluorescence (time domain, frequency domain).
- Changes in intensity for example, indicate disturbances in the metabolism. Shifts in emission maxima and changes in fluorescence lifetimes indicate different chemical environments of the fluorophore within the body fluid sample 5. Based on the different fluorescence lifetimes, it is also possible with this evaluation software to differentiate fluorescences, which have changed due to chemical bonding, according to the influence of the respective binding partner. This can play an important role, especially in such studies, where it is crucial how much foreign substance is associated with the substance to be analyzed (see example diabetes).
- diabetes type 2 and its accompanying and sequelae represent an important and increasingly occurring health risk in everyday life of humans.
- a method for simply determining whether a subject is a person Diabetes type 2 risk patients is not yet given in the current state of the art.
- a way is to be given to recognize the risk of the expression of a patient for diabetes type 2 in good time and to initiate preventive measures to prevent the disease and its accompanying and sequelae.
- the subject may be a person suspected of having an increased type 2 diabetes risk, a person who already has diabetes type 2 symptoms to be an asymptomatic person.
- the examiner has to remove about two milliliters of body fluid from the patient become. This may be in the form of, for example, blood, urine, and / or sweat, and blood should preferably be used for the present method.
- the taken body fluid sample of the body fluid is examined for various signs of insulin resistance. Insulin resistance is the failure of the body to respond normally to insulin. Insulin resistance syndrome is often a precursor to type 2 diabetes and refers to an amount of insulin resistance-related medical conditions in which high blood sugar levels stimulate the production of insulin.
- the body fluid sample can thus be assayed for various substances which are suitable as typical indicators of increased risk of diabetes type 2 disease.
- urine could also be tested for sugar content, but also for other factors such as acetone or albumin (microalbuminuria).
- the sampled body fluid sample 5 is significantly cooled down in the following step (temperatures between 200 K and 4 K), irradiated with light of suitable wavelength and the resulting fluorescence spectrum is added.
- the fluorescence spectra of the relevant diabetes type 2 indicators glucose and low density lipoprotein [LDL] generated according to the above procedure may be mentioned in this document. Both indicators were investigated within the embodiment when irradiated with laser light of wavelength 266 nm under varying temperature conditions.
- Spectra of relevant diabetes type 2 indicators (glucose spectrum, Low Density Lipoprotein spectrum [LDL]) are shown at different temperatures and conditions alike. It can be seen that the intensity of the fluorescence signal for both substances in Fig. 2 and Fig.
- the study of diabetes type 2 indicators makes it possible to separate different chemical environments (such as different glycation levels of hemoglobin [HbA1 c value]) of the substance to be studied and to characterize.
- the present invention thus provides the analytical basis for the early detection of the risk of developing type 2 diabetes, in that a fluorescence spectroscopic analysis test for glucose levels simultaneously with one or more fluorescence spectroscopic analysis based assays for assessing other risk factors, for example blood protein levels , can be carried out.
- a fluorescence spectroscopic analysis test for glucose levels simultaneously with one or more fluorescence spectroscopic analysis based assays for assessing other risk factors, for example blood protein levels can be carried out.
- this method it is thus possible with this method to characterize and evaluate at least two but also significantly more relevant diabetes type 2 indicators within a sample and within one measurement cycle. Due to the fact that the detection of only one of the indicative parameters can usually also be influenced by other environmental processes, the possibility of detecting various parameters presented here represents a significant improvement in the risk assessment.
- Lactate is the salt of lactic acid and is the end product of anaerobic glucose metabolism. If the body does not have enough oxygen for aerobic metabolism due to different stress situations, energy is provided by anaerobic glycolysis, which produces lactic acid as a degradation product Enriching blood. This accumulation causes an increase in the blood lactate value. Increased lactate levels are therefore usually an indication that individual areas of the body are insufficiently supplied with oxygen. For this reason, lactate is the most important indicator for the assessment of physical performance. The determination of the blood lactate value is used in performance and mass sports for training control. During exercise, the lactate concentration in the blood increases.
- lactate concentration depending on the stress level By creating a lactation curve (lactate concentration depending on the stress level), the training state of an athlete can be assessed. The later the lactate value increases due to the stress, the better the training state of the subject. To determine the lactate concentration in the blood of the subject using the present method, this must be taken about two milliliters of blood. The withdrawn blood sample 5 is then cooled down to temperatures between 200 K and 4 K and irradiated with light of suitable wavelength. Subsequently, the resulting fluorescence spectrum is recorded.
- Fig. 4 shows, by way of example, the fluorescence of lactate when excited with 266 nm wavelength laser light under varying temperature conditions. It can be clearly seen from the maxima of the various spectra that the sensitivity of the detection to lactate is markedly increased by the use of the method of cooling down the sample 5 described here. at Measurements under room temperature conditions could not measure autofluorescence of the lactate for the settings chosen in this experiment. With a reduction of the temperature to 200 K, a clearly evaluable spectrum for lactate can already be seen, which increases again with further reduction of the temperature to 100 K and 10 K. Of the Fig.
- Mitochondrial dysfunctions are one of the main causes of human, neurodegenerative and neurometabolic diseases. Mitochondrial diseases (mitochondropathy) are, in the narrower sense, all disorders of enzymes that are involved in the energy production of cells summarized. Damaged mitochondria produce nitric oxide. This nitric oxide inhibits energy production in the mitochondria, across organs. The affected cells are thus in a chronic energy deficit, are thus more easily exhaustible and require longer rest periods. A characteristic finding strongly suggestive of mitochondrial damage is a very high ratio of lactic acid to pyruvic acid (lactate to pyruvate). Pyruvate is the salt of pyruvic acid and is the core product of glycolysis.
- the frozen sample 5 is irradiated with light and the resulting fluorescence is picked up by the measuring system.
- the fact that the fluorescence is detectable as a function of the reduction in temperature in the case of the lactate has already been shown in the example of the determination of the lactate value.
- the Fig. 5 shows an example of the fluorescence emission of pyruvate under different temperature conditions.
- sample 5 was excited to fluoresce with laser light of wavelength 266 nm. It can be seen very well here that pyruvate under these conditions did not show any fluorescence even at 250 K. A first evaluable spectrum could be measured at about 200 K within these experiments.
- the fluorescence data of lactate and pyruvate obtained in this way are normalized and their characteristic data, for example the position of the band maxima, the intensity of the fluorescence, the ratio of different band maxima to each other, the lifetime of the fluorescence, compared with tabulated values of the subjects before the load and evaluated.
- the obtained fluorescence data of pyruvate and lactate in a further step for the evaluation are set in relation to each other.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur qualitativen und quantitativen Analyse von Körperflüssigkeiten, insbesondere von Blut, Schweiß und Urin.The present invention relates to a method and a measuring device for the qualitative and quantitative analysis of body fluids, in particular blood, sweat and urine.
Die chemische Zusammensetzung von Körperflüssigkeiten, insbesondere von Blut, Schweiß und Urin und deren Veränderung als Reaktion auf verschiedene Umwelteinflüsse sind in der heutigen Medizin wichtige Charakteristika zur Diagnose verschiedenster Krankheiten. Unter anderem vor dem Hintergrund der weltweit zunehmenden Häufigkeit der Adipositas und der damit verbundenen Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Erkrankung an schwerwiegenden Krankheiten, wie Diabetes, Herzinfarkt und anderen Herz-Kreislauferkrankungen, rückt eine umfangreiche, hoch empfindliche und einfache Methode zur Untersuchung von verschiedenen Bestandteilen von Körperflüssigkeiten, insbesondere von Blutbestandteilen, welche diese Krankheiten früh indikatieren, verstärkt in den Blickpunkt. Allein Diabetes mellitus ist zu einer weltweit verbreiteten Massenerkrankung geworden. Die "International Diabetes Ferderation" spricht von der Epidemie des 21. Jahrhunderts (Diabetes out of control, Pressemitteilung vom 04. Dezember 2006). Laut der UN-Resolution on Diabetes (www.unitefordiabetes.org/campaign/resolution.html) wird Diabetes mellitus als einzige nicht ansteckende Erkrankung auf einer Ebene mit infektiösen Erkrankungen wie Tuberkulose, Malaria oder HIV geführt. Gegenwärtig wird davon ausgegangen, dass etwa 246 Millionen Menschen weltweit an Diabetes erkrankt sind. Laut der ersten Vorhersageschätzungen wird erwartet, dass diese Zahl in den Jahren bis 2025 auf 380 Millionen ansteigt. In Anbetracht des drastischen Zuwachses an Diabetes-Erkrankungen und der fehlenden Möglichkeit, Diabetes zu heilen, bleibt nur, die Bemühungen um frühzeitige Erkennung des Typ-2-Diabetes zu verstärken und somit die Erkrankung in seiner Entstehung zu verhindern. Um jedoch einer Diabeteserkrankung rechtzeitig vorbeugen zu können, ist es notwendig, Personen mit erhöhtem Erkrankungsrisiko im diagnosefreien Intervall oder vorher zu identifizieren. Als pragmatischer Lösungsansatz bietet sich hier der FINDRISC (FINish Diabetes Rlsc SCore)-Risiko-Fragebogen (nach
- der gemessene Blutzuckerwert ein erhöhter Glukosespiegel ist,
- gleichzeitig weitere Indikatoren, wie zum Beispiel das Vorliegen von diabetischer Dyslipidämie, das heißt erhöhten Blutfettwerten, bestimmt werden.
- the measured blood glucose value is an elevated glucose level,
- at the same time other indicators, such as the presence of diabetic dyslipidemia, ie elevated blood lipid levels, are determined.
Umfangreiche Blutanalysen, welche einen genauen Überblick über die chemische und mengenmäßige Zusammensetzung des Blutes geben, sind zeitaufwändig und zumeist sehr teuer. Schnelltests zur Blutanalyse, die einfacher handhabbar sind und auch deutlich preiswerter, geben zumeist nur Analysedaten zu einem Blutbestandteil an, wie zum Beispiel der Laktattest oder der Glukosetest. Beispielsweise kann der Patient in der Diabetesdiagnostik mit Hilfe des ärztlichen Schnelltestes lediglich auf seinen Blutzuckerspiegel getestet werden. Wissenschaftlich gesehen ist eine Diabetesdiagnose, die nur aufgrund eines erhöhten Blutzuckerspiegels gestellt wurde, jedoch äußerst zweifelhaft. Zu einer sicheren Diagnose bedarf es des Nachweises von mindestens einem weiteren Krankheitsindikator. Zudem bestimmen die meisten diabetesdiagnostischen Methoden eine Veränderung des Blutzuckers erst bei einem starken Anstieg der Blutzuckerkonzentration, der so genannten Hyperglykämie. Die Hyperglykämie ist jedoch eine sehr späte Entstehungsstufe in der Ereigniskette zu einer voll ausgebrochenen Diabetes. Für Patienten, bei denen eine solche Hyperglykämie nachgewiesen wird, ist es somit kaum noch möglich, den Ausbruch der Diabetes-Typ-2 zu verhindern. Methoden, die eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels in einem früheren Stadium detektieren, lassen dagegen oftmals keine eindeutige Abschätzung des Erkrankungsrisikos zu. Diese Methoden bedürfen des Nachweises eines weiteren Krankheitsindikators. Solche Techniken, die den Nachweis von mehreren Krankheitsindikatoren gleichzeitig zulassen, sind jedoch entweder extrem zeitaufwändig oder teuer.Extensive blood analyzes, which give a precise overview of the chemical and quantitative composition of the blood, are time-consuming and usually very expensive. Quick blood tests that are easier to handle and also significantly cheaper, usually only provide analysis data on a blood component, such as the lactate test or the glucose test. For example, the patient can only be tested for diabetes in diagnostic diagnostics with the aid of the rapid medical test. Scientifically, a diagnosis of diabetes is made only because of increased blood sugar levels was, but extremely doubtful. A reliable diagnosis requires proof of at least one other disease indicator. In addition, most diabetes diagnostic methods determine a change in blood sugar only in a strong increase in blood sugar, the so-called hyperglycemia. However, hyperglycemia is a very late stage in the chain of events leading to a full-blown diabetes. Thus, it is hardly possible to prevent the onset of diabetes type 2 for patients with such hyperglycaemia. On the other hand, methods that detect an increase in blood sugar levels at an earlier stage often do not allow a clear assessment of the risk of disease. These methods require proof of another disease indicator. However, such techniques, which allow the detection of multiple disease indicators simultaneously, are either extremely time consuming or expensive.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Methode bereitzustellen, die es ermöglicht, mehrere Bestandteile einer Körperflüssigkeit, insbesondere des Blutes, des Schweißes und des Urins parallel zu analysieren. Dabei soll sowohl die Konzentration der jeweiligen Substanz in der Körperflüssigkeit als auch deren Konzentrationsänderung in Abhängigkeit von verschiedenen, auf den Probanden einwirkenden Umgebungsfaktoren gemessen werden. Zusätzlich zu dieser mengenbezogenen Analyse soll die entwickelte Methode die Möglichkeit bieten, den Chemismus und die chemischen Veränderungen bei Belastungen der einzelnen Bestandteile der jeweiligen Körperflüssigkeit darzustellen und zu analysieren. Die gewonnenen Analysedaten für die einzelnen Bestandteile können dazu dienen, Aussagen zu verschiedenen Krankheiten, wie zum Beispiel Diabetes oder mitochondrialen Funktionsstörungen, zu treffen.The object underlying the invention is to provide a method which makes it possible to analyze several components of a body fluid, in particular the blood, sweat and urine in parallel. The aim is to measure both the concentration of the respective substance in the body fluid and its concentration change as a function of various environmental factors acting on the test person. In addition to this quantity-based analysis, the method developed should provide the opportunity to visualize and analyze the chemistry and chemical changes associated with exposure to the constituents of each bodily fluid. The analytical data obtained for the individual components can be used to make statements about various diseases, such as diabetes or mitochondrial dysfunctions.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Analyse von Körperflüssigkeiten, insbesondere von Blut, Urin oder Schweiß. Dabei werden zur Untersuchung der Körperflüssigkeiten fluoreszenzspektroskopische Methoden eingesetzt. Im ersten Verfahrenschritt a) erfolgt eine Temperierung der Körperflüssigkeitsprobe bei Temperaturen zwischen 200 K und 4 K in einem Kryostat. Im zweiten Schritt b) wird eine Bestrahlung und Anregung der Körperflüssigkeitsprobe mit Licht im UV-, sichtbaren oder infraroten Bereich bei Temperaturen zwischen 200 K und 4 K durchgeführt. Dabei erfüllt der Kryostat sowohl die Funktion der Temperatursteuerung der Körperflüssigkeitsprobe als auch die Funktion einer Probenhalterung und einer Probenmesszelle, indem die Probenmesszelle im Kryostat angeordnet und durch eine Kryostatenwandung nach außen hin abgeschlossen ist, wobei die Probenmesszelle direkt mit einem Wärmeübertrager des Kryostaten thermisch kontaktiert. Die bei der Anregung der Körperflüssigkeitsprobe entstehende Fluoreszenzstrahlung wird in Verfahrensschritt c) spektral in einzelne Fluoreszenzsignale zerlegt, die anschließend in Verfahrensschritt d) detektiert werden. Danach erfolgt in Verfahrensschritt e) eine Gegenüberstellung der gewonnenen Fluoreszenzsignale und von entsprechenden Vergleichsdaten. Diese Gegenüberstellung ermöglicht dann eine Auswertung der Fluoreszenzsignale.The object of the invention is achieved by a method for the qualitative and quantitative analysis of body fluids, in particular of blood, urine or sweat. In this case, fluorescence spectroscopic methods are used to study the body fluids. In the first process step a), a temperature control of the body fluid sample takes place at temperatures between 200 K and 4 K in a cryostat. In the second step b) irradiation and excitation of the body fluid sample with light in the UV, visible or infrared range at temperatures between 200 K and 4 K is performed. The cryostat fulfills both the function of temperature control of the body fluid sample and the function of a sample holder and a sample cell by the sample cell is arranged in the cryostat and completed by a Kryostatenwandung outwards, the sample cell contacted directly with a heat exchanger of the cryostat thermally. The fluorescence radiation produced during excitation of the body fluid sample is spectrally decomposed into individual fluorescence signals in method step c), which are subsequently detected in method step d). Thereafter, in process step e), a comparison of the fluorescence signals obtained and of corresponding comparison data takes place. This comparison then allows an evaluation of the fluorescence signals.
Die hier beschriebene Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse von Körperflüssigkeitsbestandteilen ist sowohl für human- als auch für veterinärmedizinische Verwendungen geeignet. Die Erfindung beruht auf der Eigenschaft von Stoffen, Licht bestimmter Wellenlänge zu absorbieren und nach innerer Umwandlung in Form von Fluoreszenz wieder zu emittieren. Die dabei entstehenden Fluoreszenzspektren sind charakteristisch und können unter Einbeziehung von Bandenlagen im Spektrum und der Fluoreszenzlebensdauer zur chemischen Probenanalyse herangezogen werden. Die Eigenschaft eines Stoffes, zu fluoreszieren, ist stark davon abhängig, wie und mit welchen Umgebungsmolekülen der fluoreszierende Stoff wechselwirkt. Solche Wechselwirkungen unterdrücken die Intensität der Fluoreszenz und können bis hin zur kompletten Fluoreszenzlöschung, dem so genannten Quenchen führen. Die beiden wichtigsten Arten von Quenchprozessen sind die dynamische und die statische Fluoreszenzlöschung. Bei der dynamischen, das heißt stoßbedingten Fluoreszenzlöschung wird das angeregte Molekül durch Energieaustausch mit dem Quencher strahlungslos in den Grundzustand überführt, wohingegen beim statistischen Quenching vom Farbstoffmolekül und dem Quencher bereits im Grundzustand ein Komplex gebildet wird, der im angeregten Zustand nicht fluoresziert, sondern ebenfalls strahlungslos in den Grundzustand zurückkehrt. Zur Steigerung der Fluoreszenzintensität des Fluorophors ist es somit notwendig, die unter Normalbedingungen vorherrschenden Quencheffekte zu minimieren. Erfindungsgemäß erfolgt das durch die deutliche Verringerung der Temperatur in der zu untersuchenden Körperflüssigkeitsprobe. Diese Verringerung der Temperatur bewirkt das Abnehmen der Teilchenbeweglichkeit von Fluorophor und Quencher innerhalb der Körperflüssigkeitsprobe und führt somit zu einer gesteigerten Fluoreszenzintensität.The method described here for the qualitative and quantitative analysis of body fluid constituents is suitable for both human and veterinary uses. The invention is based on the property of substances to absorb light of specific wavelengths and to re-emit them after internal conversion in the form of fluorescence. The resulting fluorescence spectra are characteristic and, taking into account band positions in the spectrum and the fluorescence lifetime, can be used for chemical sample analysis. The property of a substance to fluoresce is strong depending on how and with which environment molecules the fluorescent substance interacts. Such interactions suppress the intensity of fluorescence and can lead to complete quenching of fluorescence. The two most important types of quenching processes are dynamic quenching and static quenching. In the dynamic, ie burst-based fluorescence quenching the excited molecule is transferred by energy exchange with the quencher radiationless in the ground state, whereas in the statistical state quenching of the dye molecule and the quencher in the ground state, a complex is formed which does not fluoresce in the excited state, but also radiationless returns to the ground state. Thus, to increase the fluorescence intensity of the fluorophore, it is necessary to minimize the quenching effects prevailing under normal conditions. According to the invention, this is done by the significant reduction in the temperature in the body fluid sample to be examined. This reduction in temperature causes the particle mobility of the fluorophore and quencher within the body fluid sample to decrease, thus resulting in increased fluorescence intensity.
Bei der Untersuchung von Blutproben konnte für "Low Density Lipoprotein" (LDL) bereits ab einer Temperatur von 200 K ein gut auswertbares Fluoreszenzsignal gemessen werden, welches sich auch bei weiterer Verringerung der Temperatur nicht nochmals deutlich veränderte. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Temperierung der Körperflüssigkeitsprobe in Verfahrensschritt a) auf Temperaturen zwischen 150 K und 4 K, da dort die meisten Bestandteile von Körperflüssigkeitsproben gut auswertbare Fluoreszenzsignale liefern. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich Temperaturen zwischen 100 K und 10 K.When examining blood samples, a well evaluable fluorescence signal could be measured for "Low Density Lipoprotein" (LDL) even from a temperature of 200 K, which did not change significantly even if the temperature were further reduced. Preferably, however, the temperature control of the body fluid sample in process step a) to temperatures between 150 K and 4 K, since there provide most components of body fluid samples well evaluable fluorescence signals. Temperatures between 100 K and 10 K proved to be particularly advantageous.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bestrahlung und Anregung in Verfahrensschritt b) mit Licht der Wellenlänge 266 nm, vorzugsweise Laserlicht, da die meisten organischen Verbindungen im UV-Bereich eine starke Absorption aufweisen. Verschiedene organische Verbindungen weisen jedoch auch Anregungsmaxima im Vis-Bereich auf. Als Beispiel hierfür ist die Fluoreszenz von Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) zu nennen. Diese Substanz kann bereits bei Raumtemperatur mit einer Anregungswellenlänge von 450 nm zur Fluoreszenz angeregt werden und emittiert im Bereich von 515 nm. Auch bei dieser Substanz konnte mit Verringerung der Temperatur eine deutliche Steigerung der Intensität des Emissionssignals festgestellt werden. Zudem wurde bei Tieftemperaturstudien an Glukose beobachtet, dass bei Anregung mit einem Femtosekunden gepulsten Laser mit 700 nm (IR-Bereich) ebenfalls eine Glukosefluoreszenz zu generieren war. Diese Fluoreszenz ist jedoch eher einer Mehrphotonenanregung zuzuordnen.In one embodiment of the method according to the invention, the irradiation and excitation in step b) with light of wavelength 266 nm, preferably laser light, since most organic compounds have a strong absorption in the UV range. However, various organic compounds also have excitation maxima in the vis range. An example of this is the fluorescence of flavin adenine dinucleotide (FAD). This substance can be excited to fluoresce even at room temperature with an excitation wavelength of 450 nm and emitted in the range of 515 nm. Also with this substance, a significant increase in the intensity of the emission signal could be determined with a reduction in temperature. In addition, it was observed in low-temperature glucose studies that pulsed laser excitation with a femtosecond laser at 700 nm (IR range) also produced glucose fluorescence. However, this fluorescence is more likely to be associated with multiphoton excitation.
Die Bestrahlung der Körperflüssigkeitsprobe in Verfahrensschritt b) kann jedoch auch mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen zum Teil auch gleichzeitig erfolgen. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit einer sukzessiven Bestrahlung mit verschiedenen Wellenlängen. Damit können Fluoreszenzen verschiedener Bestandteile der Körperflüssigkeit sowohl gleichzeitig als auch nacheinander angeregt werden.However, the irradiation of the body fluid sample in method step b) can also take place simultaneously with several different wavelengths. Alternatively, there is also the possibility of a successive irradiation with different wavelengths. This fluorescence of various components of the body fluid can be stimulated both simultaneously and sequentially.
Als besonderer Vorteil der Erfindung ist es anzusehen, dass unter gegebenen Umständen die Detektion gemäß Verfahrensschritt d) und somit die Messung der Fluoreszenzsignale der verschiedenen Inhaltsstoffe der jeweiligen Körperflüssigkeit gleichzeitig vollzogen werden kann. So können bei der Analyse von Blutbestandteilen mindestens zwei der Indikatoren Blutzuckerspiegel, Insulinspiegel, Spiegel an Lipoproteinen, Spiegel an Homocystein, Langzeitblutzuckerwert (HbA1c) und Gehalt an Fibrinogen gleichzeitig untersucht werden. Insbesondere bei der Untersuchung auf Diabetes-Typ 2 kann die Messung des Blutglukosespiegels gleichzeitig mit der Messung von Blutproteinwerten erfolgen. Bei einer anderen Anwendung im Zusammenhang mit der Analyse von Blutbestandteilen, dem Einsatz des Verfahrens in der Erkennung von mitochondrialen Funktionsstörungen, können für die Bestimmung des Laktat/Pyruvat-Verhältnisses die Fluoreszenzsignale beider Bestandteile, Laktat und Pyruvat, gleichzeitig gemessen werden. Bei der Analyse von Urinbestandteilen in Verbindung mit der Untersuchung auf Diabetes-Typ 2 erfolgen vorzugsweise die Messungen des Zuckergehaltes, des Gehaltes an Aceton und/oder Albumin gleichzeitig.A particular advantage of the invention is to be considered that under given circumstances, the detection according to process step d) and thus the measurement of the fluorescence signals of the various ingredients of the respective body fluid can be performed simultaneously. Thus, in the analysis of blood constituents, at least two of the indicators may include blood sugar levels, insulin levels, levels of lipoproteins, levels of homocysteine, long-term blood glucose (HbA1c), and fibrinogen levels be examined simultaneously. In particular, in the study of diabetes type 2, the measurement of the blood glucose level can be carried out simultaneously with the measurement of blood protein values. In another application in connection with the analysis of blood components, the use of the method in the detection of mitochondrial dysfunction, for the determination of the lactate / pyruvate ratio, the fluorescence signals of both components, lactate and pyruvate, can be measured simultaneously. In the analysis of urinary components in conjunction with the study on type 2 diabetes, preferably the measurements of the sugar content, the content of acetone and / or albumin are carried out simultaneously.
Die Anregung der tiefgefrorenen Probe erfolgt gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Licht der Wellenlänge 266 nm. Vereinzelt sind bereits bei einer Messtemperatur von 200 K auswertbare Fluoreszenzen detektierbar, wobei die optimale Kühltemperatur zwischen 150 K und 4 K liegt. In einer Ausführung der Erfindung, bei der Untersuchung des Laktatwertes im Blut, ist mit Verminderung der Temperatur auf 200 K bereits ein deutlich auswertbares Spektrum für Laktat zu erkennen, welches sich bei weiterer Verminderung der Temperatur auf 100 K und 10 K nochmals steigert.The excitation of the frozen sample is carried out according to an embodiment of the method according to the invention with light of wavelength 266 nm. Occasionally be evaluated at a measurement temperature of 200 K evaluable fluorescences, the optimum cooling temperature between 150 K and 4 K. In one embodiment of the invention, when examining the lactate value in the blood, a clearly evaluable spectrum for lactate can already be recognized by reducing the temperature to 200 K, which increases again as the temperature is further reduced to 100 K and 10 K.
Für die Gegenüberstellung der gewonnenen Fluoreszenzdaten und der Vergleichsdaten in Schritt e) als Vergleichscharakteristika sind bevorzugt die Intensität der Fluoreszenz, die Fläche unterhalb einer Fluoreszenzbande, die Lage der einzelnen Fluoreszenzbandenmaxima im Gesamtspektrum, das Verhältnis verschiedener Bandenmaxima innerhalb eines Spektrums zueinander, die Quantenausbeute der Probe und die Lebensdauer der Fluoreszenz der einzelnen Fluorophore vorgesehen. Dabei wird der durch Tieftemperatur bestimmte Messwert des gewünschten Körperflüssigkeitsbestandteils bevorzugt mit einem vorbestimmten Testkriterium verglichen. Beispielsweise könnte ein zu untersuchender Patient demgemäß als erkrankt oder als Risikopatient identifiziert werden, wenn mehrere der gemessenen Körperflüssigkeitsbestandteile Veränderungen gegenüber dem vorbestimmten Testkriterium aufweisen. Allgemein ist es von Vorteil, wenn das Test- und Referenzkriterium zuvor durch von dieser Methode unabhängige Messungen verifiziert wurde.For the comparison of the fluorescence data obtained and the comparison data in step e) as comparison characteristics are preferably the intensity of the fluorescence, the area below a fluorescence band, the position of the individual fluorescence band maxima in the total spectrum, the ratio of different band maxima within a spectrum to each other, the quantum yield of the sample and the lifetime of the fluorescence of each fluorophore provided. In this case, the measured value of the desired body fluid constituent determined by low temperature is preferably compared with a predetermined test criterion. For example, a patient to be examined Accordingly, as ill or identified as a risk patient, when several of the measured body fluid constituents have changes from the predetermined test criterion. In general, it is advantageous if the test and reference criterion has previously been verified by measurements independent of this method.
Für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird eine Messvorrichtung verwendet, die folgende Bestandteile umfasst:
- eine Lichtquelle für die Anregung der Körperflüssigkeitsprobe,
- einen Kryostaten für das Temperieren der Körperflüssigkeitsprobe,
- einen Fluoreszenzspektrographen für das Zerlegen der gewonnenen Fluoreszenzstrahlung der Körperflüssigkeitsprobe,
- einen Bildgebungsdetektor,
- eine Probenmesszelle, die gleichzeitig als Probenhalterung dient und im Kryostat angeordnet ist, wobei sie durch eine Kryostatenwandung nach außen hin abgeschlossen ist und direkt mit einem Wärmeübertrager des Kryostaten thermisch kontaktiert, und
- eine UV-gängige, temperaturstabile Küvette, mit der die Körperflüssigkeitsprobe in die Probenmesszelle eingeführt wird.
- a light source for stimulating the body fluid sample,
- a cryostat for tempering the body fluid sample,
- a fluorescence spectrograph for decomposing the obtained fluorescence radiation of the body fluid sample,
- an imaging detector,
- a sample measuring cell, which simultaneously serves as a sample holder and is arranged in the cryostat, wherein it is closed by a Kryostatenwandung outwardly and thermally contacted directly with a heat exchanger of the cryostat, and
- a UV-compatible, temperature-stable cuvette, with which the body fluid sample is introduced into the sample cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Lichtquelle, der Kryostat zum Temperieren der Körperflüssigkeitsprobe, der Fluoreszenzpektrograph und der Bildgebungsdetektor innerhalb einer kompakten Messvorrichtung angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Probenmesszelle, die gleichzeitig auch als Probenhalterung dient, im Kryostat angeordnet. Der Kryostat erfüllt somit sowohl die Aufgabe der Temperatursteuerung der Körperflüssigkeitsprobe als auch die Aufgabe der Probenmesszelle. Die Kryostatenwandung, welche die Probenmesszelle nach außen hin abschließt und damit einen Wärmeaustausch mit der Lichtquelle und dem Fluoreszenzspektrographen verhindert, wird vorzugsweise durch mindestens zwei um 90° zueinander versetzte UV-gängige Fenster gebildet. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung fungieren die Lichtquelle, der Kryostat zum Tieffrieren der Körperflüssigkeitsprobe, der Fluoreszenzspektrograph und der Bildgebungsdetektor als Summe von Einzelgeräten miteinander.In a preferred embodiment of the invention, the light source, the body fluid sample thermostating cryostat, the fluorescence spectrograph, and the imaging detector are within one arranged compact measuring device. According to the invention, the sample measuring cell, which also serves as a sample holder, is arranged in the cryostat. The cryostat thus fulfills both the task of temperature control of the body fluid sample and the task of the sample measuring cell. The cryostat wall, which closes off the sample measuring cell to the outside and thus prevents heat exchange with the light source and the fluorescence spectrograph, is preferably formed by at least two UV-common windows offset by 90 ° from each other. In an alternative embodiment of the invention, the light source, the cryostat for deep-freezing the body fluid sample, the fluorescence spectrograph and the imaging detector act as a sum of individual devices with each other.
Bei der Lichtquelle, welche für die Anregung der gefrorenen Körperflüssigkeitsprobe verwendet wird, handelt es sich in einer vorteilhaften Ausführung um eine breitbandige Lichtquelle. Als breitbandige Lichtquellen sind insbesondere Quecksilberdampflampen, Xenon-Hochdruck-Lampen oder Deuterium-Lampen vorgesehen. In einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann für die Anregung der gefrorenen Körperflüssigkeitsprobe eine schmalbandige Lichtquelle verwendet werden. Hierbei kommen insbesondere Leuchtdioden (LED)-Lichtquellen oder Laserlichtquellen in Frage, wobei in der Messvorrichtung mehrere Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge vorgesehen sein können.The light source used to excite the frozen body fluid sample is, in an advantageous embodiment, a broadband light source. As broadband light sources in particular mercury vapor lamps, xenon high-pressure lamps or deuterium lamps are provided. In an alternative embodiment of the measuring device according to the invention, a narrow-band light source can be used for the excitation of the frozen body fluid sample. In this case, in particular light-emitting diode (LED) light sources or laser light sources come into question, wherein in the measuring device a plurality of light sources of different wavelengths can be provided.
Zur Probenkühlung beziehungsweise zum Temperieren kann grundsätzlich jede Art von Kryostaten eingesetzt werden, wobei sich die Handhabung des Gesamtsystems und die Wirtschaftlichkeit bei Kryostaten mit geschlossenem Kältemittelkreislauf gegenüber denen mit offenem Kältemittelkreislauf besser darstellt. Vorzugsweise werden als Kryostaten Refrigerator-Kryostaten, Verdampfer-Kryostaten, Pulse-Tube-Kryostaten oder Sterling-Kühler eingesetzt. Als Kältemittel können zum Beispiel Helium oder Stickstoff fungieren, wobei aufgrund der benötigten sehr niedrigen Temperaturen der Einsatz von Helium als bevorzugt gilt. Gleichzeitig ist aber auch der Einsatz von Kältemittelgemischen denkbar. Vorzugsweise ist die Probenmesszelle direkt mit einem Wärmeübertrager des Kryostaten und einer Heizung zur Regulation der Temperatur der Körperflüssigkeitsprobe verbunden.For sample cooling or for tempering basically any type of cryostat can be used, with the handling of the overall system and the economy of cryostat with closed refrigerant circuit is better compared to those with open refrigerant circuit. Preferably, the cryostats used are refrigerator cryostats, evaporator cryostats, pulse tube cryostats or sterling coolers used. As a refrigerant, for example, helium or nitrogen can act, and due to the required very low temperatures, the use of helium is considered preferable. At the same time, however, the use of refrigerant mixtures is conceivable. Preferably, the sample cell is directly connected to a heat exchanger of the cryostat and a heater for regulating the temperature of the body fluid sample.
Die gewonnenen Daten der Kryofluoreszenzmessung werden gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens spektral zerlegt und anschließend mit Hilfe eines Bildgebungsdetektors detektiert. Als Bildgebungsdetektor können hierbei verschiedene Photomultiplier (PMT), Pin-Photodioden, Avalanche-Photodioden oder Charge-Coupled-Device-(CCD)-Kameras eingesetzt werden.The obtained data of the Kryofluoreszenzmessung be spectrally dissected according to a preferred embodiment of the method according to the invention and then detected by means of an imaging detector. In this case, various photomultipliers (PMT), pin photodiodes, avalanche photodiodes or charge coupled device (CCD) cameras can be used as the imaging detector.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bestehen vor allem darin, dass sie sowohl für human- als auch für veterinärmedizinische Verwendungen geeignet ist. Des Weiteren ist mit dieser Messvorrichtung und dem Messverfahren die Analyse von mehreren Bestandteilen parallel in nur einem Gerät möglich. Somit besteht auch die Möglichkeit der Analyse von verschiedenen Krankheitsbildern mittels nur eines Verfahrens und eines Gerätes.The advantages of the measuring device according to the invention are, above all, that it is suitable both for human and for veterinary uses. Furthermore, with this measuring device and the measuring method, the analysis of several components in parallel in only one device is possible. Thus, there is also the possibility of analyzing different clinical pictures by means of only one method and one device.
Die hohe Empfindlichkeit der Methode ermöglicht eine frühe Erkennung von Veränderungen. Nicht zuletzt ist die Methode auch kostengünstig im Vergleich mit bisher entwickelten Methoden von ähnlicher Effizienz. Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen Handhabung der Methode bei geschlossenem Kältemittelkreislauf. Die Methode ermöglicht sowohl die mengenmäßige als auch die chemische Analyse der einzelnen Blutbestanteile. Eine vorherige Behandlung der Blutprobe (Probenvorbereitung) ist nur bedingt notwendig. Das trägt ebenso zur Zeitersparnis bei wie der Umstand, dass die Untersuchungsergebnisse relativ schnell erhältlich sind. Hinzu kommt, dass keine chemische Veränderung des Blutes notwendig ist. Insgesamt tragen alle genannten Vorteile dazu bei, dass die Methode auch über einen längeren Zeitraum und bei hoher Frequentierung bei geschlossenem Kältemittelkreislauf als sehr wirtschaftlich anzusehen ist.The high sensitivity of the method allows for early detection of changes. Last but not least, the method is also cost-effective in comparison with previously developed methods of similar efficiency. Another advantage is the ease of use of the method with closed refrigerant circuit. The method allows both the quantitative and the chemical analysis of the individual blood components. Prior treatment of the blood sample (sample preparation) is only conditionally necessary. This contributes as much to the time savings as the fact that the Assay results are available relatively quickly. In addition, no chemical change of the blood is necessary. Overall, all the above-mentioned advantages contribute to the fact that the method is also considered to be very economical over a longer period of time and at high frequency with the refrigerant circuit closed.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele I bis III mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnungen. Es zeigen:
- Fig. 1a:
- eine vereinfachte Darstellung der Messvorrichtung,
- Fig. 1b:
- ein vereinfachtes Prinzip der Messvorrichtung für Messungen bei Raumtemperatur und bei tiefen Temperaturen,
- Fig. 1c:
- die Messvorrichtung mit Kompressor und Auswertungseinheit,
- Fig.2:
- die Fluoreszenzantwort von Glukose bei Bestrahlung mit Laserlicht der Wellenlänge 266 nm unter variierenden Temperaturbedingungen,
- Fig. 3:
- die Fluoreszenzantwort von "Low Density Lipoprotein" (LDL) bei Bestrahlung mit Laserlicht der Wellenlänge 266 nm unter variierenden Temperaturbedingungen,
- Fig. 4:
- die Fluoreszenzantwort von Laktat bei Bestrahlung mit Laserlicht der Wellenlänge 266 nm unter variierenden Temperaturbedingungen,
- Fig. 5:
- die Fluoreszenzantwort von Pyruvat bei Bestrahlung mit Laserlicht der Wellenlänge 266 nm unter variierenden Temperaturbedingungen.
- Fig. 1a:
- a simplified representation of the measuring device,
- Fig. 1b:
- a simplified principle of the measuring device for measurements at room temperature and at low temperatures,
- Fig. 1c:
- the measuring device with compressor and evaluation unit,
- Figure 2:
- the fluorescence response of glucose when irradiated with laser light of wavelength 266 nm under varying temperature conditions,
- 3:
- the fluorescence response of "low density lipoprotein" (LDL) when irradiated with laser light of wavelength 266 nm under varying temperature conditions,
- 4:
- the fluorescence response of lactate when irradiated with laser light of wavelength 266 nm under varying temperature conditions,
- Fig. 5:
- the fluorescence response of pyruvate upon irradiation with laser light of wavelength 266 nm under varying temperature conditions.
Die
Als Lichtquelle 2 können für die jeweiligen Untersuchungen je nach gewünschter Zielstellung breitbandige Lichtquellen 2, wie zum Beispiel Quecksilberdampflampen, Xenon-Hochdruck-Lampen, Deuterium-Lampen oder schmalbandige Lichtquellen 2, wie zum Beispiel LEDs und Laser (Titanium: Sapphire, Diodenlaser, Farbstofflaser unter anderen), eingesetzt werden. Beide Typen von Lichtquellen 2 bieten für verschiedene Anwendungen ihre Vorteile. Breitbandige Lichtquellen 2 bieten aufgrund ihrer Vielzahl von Wellenlängen eine bessere Möglichkeit, viele verschiedene Bestandteile der Körperflüssigkeitsprobe 5 gleichzeitig zu detektieren. Schmalbandige Lichtquellen 2 können aufgrund der Lichtemission über einen geringen Wellenlängenbereich gezielt zur Anregung spezifischer Probenbestandteile 5 eingesetzt werden. Der Nachteil des Einsatzes dieser schmalbandigen Lichtquellen 2 besteht jedoch darin, dass aufgrund verschiedener Absorptionsmaxima der Inhaltsstoffe der Körperflüssigkeitsprobe 5 mit solch einer Lichtquelle 2 nicht alle Inhaltsstoffe zum Fluoreszieren angeregt werden. Eine Erhöhung der Vielfalt der mit einer schmalbandigen Lichtquelle 2 innerhalb der Körperflüssigkeitsprobe 5 angeregten Stoffe kann aufgrund der Erhöhung der eingestrahlten Lichtenergie, wie es zum Beispiel durch den Einsatz von Lasern geboten wird, erfolgen. Um jedoch das ganze Spektrum an möglichen Fluoreszenzen innerhalb der Körperflüssigkeitsprobe 5 abdecken zu können, muss die Messvorrichtung 1 auch bei Einsatz von Lasern mit mehreren Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen bestückt werden.As the light source 2 for the respective investigations depending on the desired objective broadband light sources 2, such as mercury vapor lamps, xenon high pressure lamps, deuterium lamps or narrow-band light sources 2, such as LEDs and lasers (Titanium: Sapphire, diode laser, dye laser others). Both types of light sources 2 offer their advantages for different applications. Broadband light sources 2, because of their multiplicity of wavelengths, provide a better opportunity to simultaneously detect many different constituents of the body fluid sample 5. Narrow-band light sources 2 can be used specifically for excitation of specific sample components 5 due to the light emission over a small wavelength range. The disadvantage of using this narrowband However, light sources 2 is that due to various absorption maxima of the contents of the body fluid sample 5 with such a light source 2, not all the ingredients are excited to fluoresce. Increasing the diversity of the substances excited with a narrow-band light source 2 within the body fluid sample 5 can be due to the increase in the incident light energy, as it is for example provided by the use of lasers. However, in order to be able to cover the entire spectrum of possible fluorescences within the body fluid sample 5, the measuring device 1 must be equipped with multiple light sources of different wavelengths even when using lasers.
Der Kryostat 3 erfüllt in der vorliegenden Anordnung sowohl die Funktion der Temperatursteuerung der Körperflüssigkeitsprobe 5 als auch die Funktion der Probenhalterung 7 beziehungsweise der Probenmesszelle 7. Nach Einbringen der UV-gängigen temperaturstabilen Küvette 6 in die Probenhalterung 7, welche direkt mit dem Wärmeübertrager 8 und einer Heizung 9 zur Regulation der Temperatur der Körperflüssigkeitsprobe 5 verbunden ist, wird die Körperflüssigkeitsprobe 5 auf eine gewünschte Untersuchungstemperatur abgekühlt und bei dieser Temperatur für einige Zeit, je nach Probenbeschaffenheit, temperiert. Verschiedene Messungen zeigen hierbei, dass die optimale Kühltemperatur zwischen 150 K und 4 K liegt, wobei auch vereinzelt, wie bei "Low Density Lipoprotein" (LDL), in einer Blutprobe bereits bei 200 K auswertbare Fluoreszenzen detektierbar sind. Die Kryostatenwandung 10, welche die Probenmesszelle 7 nach außen hin abschließt und damit einen Wärmeaustausch mit der Lichtquelle 2 und dem Fluoreszenzspektrographen 4 verhindert, ist durch mindestens zwei um 90° zueinander versetzte UV-gängige Fenster 11, zum Beispiel Suprasil®-Quarzglas, charakterisiert.
Zur Probenkühlung kann für die beschriebene Methode jegliche Art von bekannten Kälteerzeugern, die zum Beispiel auf der Grundlage derIn the present arrangement, the cryostat 3 fulfills both the function of temperature control of the body fluid sample 5 and the function of the
For sample cooling, for the method described any kind of known refrigerators, for example, based on the
Verdampfertechnik, Refrigeratortechnik oder Puls-Tube-Technik funktionieren, eingesetzt werden, wobei sich die Handhabung des Gesamtsystems und die Wirtschaftlichkeit bei Kryostaten 3 mit geschlossenem Kältemittelkreislauf gegenüber denen mit offenen Kältemittelkreislauf besser darstellt. Als Kältemittel können Helium, Stickstoff oder Kältemittelgemische fungieren, wobei aufgrund der benötigten sehr niedrigen Temperaturen der Einsatz von Helium als bevorzugt gilt. Das Kältemittel kann, wie in
Die Auswertung der so gewonnenen Fluoreszenzdaten erfolgt mit Hilfe einer speziellen Software über einen Computer 14 als Auswertungseinheit 14. Mit Hilfe dieser Software ist es möglich, die gewonnenen Daten zu normieren, numerisch und graphisch darzustellen, deren wichtigste Charakteristika auszuwerten und anschließend mit einer Datenbank von Werten für gesunde Probanden im Normalzustand (das heißt: keinerlei Form von Stress) zu vergleichen. Dabei werden sowohl statische Fluoreszenzdaten als auch dynamische Fluoreszenzdaten verglichen. Als wichtige Vergleichscharakteristika sind die Intensität der Fluoreszenz, die Fläche unterhalb einer Fluoreszenzbande, die Lage der einzelnen Fluoreszenzbandenmaxima im Gesamtspektrum, das Verhältnis verschiedener Bandenmaxima innerhalb eines Spektrums zueinander, die Quantenausbeute der Körperflüssigkeitsprobe 5 und die Lebensdauer der Fluoreszenz (Time-Domain; Frequency-Domain) heranzuziehen. Veränderungen in der Intensität zum Beispiel deuten dabei auf Störungen im Stoffwechsel hin. Verschiebungen der Emissionsmaxima und Änderungen der Fluoreszenzlebensdauern weisen auf unterschiedliche chemische Umgebungen des Fluorophors innerhalb der Körperflüssigkeitsprobe 5 hin. Auf Grundlage der verschiedenen Fluoreszenzlebensdauern ist es mit dieser Auswertesoftware zudem möglich, Fluoreszenzen, welche sich auf Grund chemischer Neubindungen verändert haben, nach dem Einfluss des jeweiligen Bindungspartners zu differenzieren. Dies kann vor allem in solchen Untersuchungen eine wichtige Rolle spielen, wo es ausschlaggebend ist, wie viel Fremdsubstanz sich mit dem zu analysierenden Stoff verbunden hat (siehe Beispiel Diabetes).Evaporator technology, refrigerator technology or pulse tube technology work, are used, with the handling of the overall system and the economy of cryostat 3 with closed refrigerant circuit is better compared to those with open refrigerant circuit. Helium, nitrogen or mixtures of refrigerants can act as refrigerants, whereby the use of helium is considered to be preferred due to the very low temperatures required. The refrigerant can, as in
The evaluation of the fluorescence data thus obtained is carried out with the aid of special software via a computer 14 as an evaluation unit 14. With the help of this software, it is possible to normalize the data obtained, numerically and graphically represent their most important characteristics and then evaluate with a database of values for healthy subjects in the normal state (that is: no form of stress) to compare. Both static fluorescence data and dynamic fluorescence data are compared. As important comparison characteristics are the intensity of the fluorescence, the area below a fluorescence band, the position of the individual fluorescence band maxima in the total spectrum, the ratio of different band maxima within a spectrum to each other, the quantum yield the body fluid sample 5 and the lifetime of the fluorescence (time domain, frequency domain). Changes in intensity, for example, indicate disturbances in the metabolism. Shifts in emission maxima and changes in fluorescence lifetimes indicate different chemical environments of the fluorophore within the body fluid sample 5. Based on the different fluorescence lifetimes, it is also possible with this evaluation software to differentiate fluorescences, which have changed due to chemical bonding, according to the influence of the respective binding partner. This can play an important role, especially in such studies, where it is crucial how much foreign substance is associated with the substance to be analyzed (see example diabetes).
Wie bereits in den Ausführungen zum Stand der Technik beschrieben, stellen Diabetes-Typ-2 und deren Begleit- und Folgeerscheinungen ein wichtiges und immer häufiger auftretendes Gesundheitsrisiko im Alltag des Menschen dar. Eine Methode zur einfachen Bestimmung, ob es sich bei einem Probanden um einen Diabetes-Typ-2-Risikopatienten handelt, wird nach dem heutigen Stand der Technik noch nicht gegeben. Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Möglichkeit gegeben werden, die Gefahr der Ausprägung eines Patienten zur Diabetes-Typ-2 rechtzeitig zu erkennen und Vorbeugemaßnahmen einzuleiten, um die Krankheit und deren Begleit- und Folgeerscheinungen zu verhindern.As already described in the statements on the state of the art, diabetes type 2 and its accompanying and sequelae represent an important and increasingly occurring health risk in everyday life of humans. A method for simply determining whether a subject is a person Diabetes type 2 risk patients is not yet given in the current state of the art. With the present invention, a way is to be given to recognize the risk of the expression of a patient for diabetes type 2 in good time and to initiate preventive measures to prevent the disease and its accompanying and sequelae.
Zur Bestimmung des Diabetes-Typ-2-Risikos mit dem hier vorliegenden Verfahren kann der Patient eine Person sein, bei der ein erhöhtes Diabetes-Typ-2-Risiko vermutet wird, eine Person, die bereits Symptome vom Diabetes-Typ-2 aufweist oder eine asymptomatische Person sein. Dem Patienten muss vom untersuchenden Arzt etwa zwei Milliliter Körperflüssigkeit abgenommen werden. Dies kann in Form von zum Beispiel Blut, Urin und/oder Schweiß geschehen, wobei für die vorliegende Methode Blut bevorzugt verwendet werden sollte. Anschließend wird die genommene Körperflüssigkeitsprobe der Körperflüssigkeit auf verschiedene Anzeichen einer Insulinresistenz untersucht. Als Insulinresistenz wird das Scheitern des Körpers bezeichnet, normal auf Insulin zu reagieren. Das Insulinresistenzsyndrom ist oftmals ein Vorläufer von Typ-2-Diabetes und bezieht sich auf eine Menge von mit Insulinresistenz zusammenhängenden medizinischen Zuständen, bei denen hohe Blutzuckerspiegel die Produktion von Insulin stimulieren. Wenn der Patient nicht mehr in der Lage ist, überschüssiges Insulin normal zu verarbeiten, steigen die Insulinspiegel an. Dies führt dazu, dass der Patient letztendlich hohe Blutzuckerspiegel (Hypergykämie) und hohe Insulinspiegel (Hyperinsulämie) aufweist. Solche Bedingungen bewirken, dass das Insulin seine Fähigkeit, den Fettstoffwechsel zu regulieren, einbüßt. Dabei entstehende überschüssige Fette treten in den Blutstrom ein (Hyperlipidämie) und tragen zu Bluthochdruck, Herzerkrankung und Schlaganfall bei. Die Körperflüssigkeitsprobe kann somit auf verschiedene Substanzen untersucht werden, die als typische Indikatoren eines erhöhten Risikos der Erkrankung an Diabetes-Typ-2 geeignet sind. Im Blut wären zum Beispiel Untersuchungen des Blutzuckerspiegels, des Insulinspiegels, des Spiegels an Lipoproteinen (LDL = Low Density Lipoproteine; HDL = High Density Lipoproteine; Lipoprotein a), des Spiegels an Homocystein, des Langzeitblutzuckerwertes (HbA1c) und des Gehaltes an Fibrinogen als Risikountersuchungen durchführbar. Urin könnte in solch einer Untersuchung ebenfalls auf den Zuckergehalt, aber auch auf weitere Faktoren, wie zum Beispiel Aceton oder Albumin (Mikroalbuminurie), untersucht werden.To determine the type 2 diabetes risk with the present method, the subject may be a person suspected of having an increased type 2 diabetes risk, a person who already has diabetes type 2 symptoms to be an asymptomatic person. The examiner has to remove about two milliliters of body fluid from the patient become. This may be in the form of, for example, blood, urine, and / or sweat, and blood should preferably be used for the present method. Subsequently, the taken body fluid sample of the body fluid is examined for various signs of insulin resistance. Insulin resistance is the failure of the body to respond normally to insulin. Insulin resistance syndrome is often a precursor to type 2 diabetes and refers to an amount of insulin resistance-related medical conditions in which high blood sugar levels stimulate the production of insulin. If the patient is no longer able to process excess insulin normally, insulin levels increase. As a result, the patient eventually has high blood sugar levels (hypergainemia) and high levels of insulin (hyperinsulemia). Such conditions cause insulin to lose its ability to regulate fat metabolism. Resulting excess fats enter the bloodstream (hyperlipidemia) and contribute to hypertension, heart disease and stroke. The body fluid sample can thus be assayed for various substances which are suitable as typical indicators of increased risk of diabetes type 2 disease. In the blood, for example, studies of blood sugar level, insulin level, lipoproteins (LDL = high density lipoproteins, lipoprotein a), the level of homocysteine, long-term blood glucose (HbA1c) and fibrinogen levels as risk studies feasible. In such an investigation, urine could also be tested for sugar content, but also for other factors such as acetone or albumin (microalbuminuria).
Die entnommene Körperflüssigkeitsprobe 5 wird im folgenden Schritt deutlich herabgekühlt (Temperaturen zwischen 200 K und 4 K), mit Licht von geeigneter Wellenlänge bestrahlt und das resultierende Fluoreszenzspektrum wird aufgenommen. Als Beispiel seien in dieser Schrift die nach der genannten Vorgehensweise generierten Fluoreszenzspektren der relevanten Diabetes-Typ-2-Indikatoren Glukose und Low Density Lipoprotein [LDL] angeführt. Beide Indikatoren wurden innerhalb des Ausführungsbeispiels bei Bestrahlung mit Laserlicht der Wellenlänge 266 nm unter variierenden Temperaturbedingungen untersucht. In den
Die vorliegende Erfindung bildet somit die analytische Basis zur Früherkennung des Risikos, Typ 2-Diabetes zu entwickeln, dadurch, dass ein auf fluoreszenzspektroskopischer Analyse basierender Test auf Glukosespiegel gleichzeitig mit einem oder mehreren auf fluoreszenzspektroskopischer Analyse basierenden Tests zum Bewerten weiterer Risikofaktoren, zum Beispiel von Blutproteinwerten, durchgeführt werden kann. Je nach Ausführung der Messvorrichtung 1 ist es mit dieser Methode somit möglich, mindestens zwei, jedoch auch deutlich mehr relevante Diabetes-Typ-2-Indikatoren innerhalb einer Probe und innerhalb eines Messganges zu charakterisieren und auszuwerten. Aufgrund der Tatsache, dass die Detektion von lediglich einem der indikativen Parameter zumeist auch von anderen Umgebungsprozessen beeinflusst sein kann, stellt die hier vorliegende Möglichkeit der Detektion von verschiedenen Parametern eine deutliche Verbesserung der Risikoabschätzung dar.The present invention thus provides the analytical basis for the early detection of the risk of developing type 2 diabetes, in that a fluorescence spectroscopic analysis test for glucose levels simultaneously with one or more fluorescence spectroscopic analysis based assays for assessing other risk factors, for example blood protein levels , can be carried out. Depending on the design of the measuring device 1, it is thus possible with this method to characterize and evaluate at least two but also significantly more relevant diabetes type 2 indicators within a sample and within one measurement cycle. Due to the fact that the detection of only one of the indicative parameters can usually also be influenced by other environmental processes, the possibility of detecting various parameters presented here represents a significant improvement in the risk assessment.
Interessante Ergebnisse können mit Hilfe dieses Verfahrens auch im Gebiet der sportlichen Leistungsdiagnostik über die Ermittlung der Laktatwerte gewonnen werden. Laktat ist das Salz der Milchsäure und stellt das Endprodukt des anaeroben Glukose-Stoffwechsels dar. Steht dem Körper aufgrund verschiedener Belastungssituationen nicht genug Sauerstoff für einen aeroben Stoffwechsel zur Verfügung, wird Energie durch anaerobe Glykolyse bereitgestellt, bei der als Abbauprodukt Milchsäure entsteht, die sich im Blut anreichert. Diese Anreicherung bewirkt einen Anstieg des Blutlaktatwertes. Erhöhte Laktatspiegel sind somit in der Regel ein Indiz dafür, dass einzelne Bereiche des Körpers unzureichend mit Sauerstoff versorgt werden. Aus diesem Grund stellt Laktat den wichtigsten Indikator zur Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit dar. Die Bestimmung des Blutlaktatwertes wird im Leistungs- und Breitensport zur Trainingssteuerung eingesetzt. Bei körperlicher Betätigung steigt die Laktatkonzentration im Blut an. Durch die Erstellung einer Laktatleistungskurve (Laktatkonzentration in Abhängigkeit von der Belastungsstufe) kann der Trainingszustand eines Sportlers beurteilt werden. Je später dabei der Laktatwert aufgrund der Belastung ansteigt, umso besser ist der Trainingszustand des Probanden. Zur Bestimmung der Laktatkonzentration im Blut des Probanden mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens muss diesem etwa zwei Milliliter Blut abgenommen werden. Die entnommene Blutprobe 5 wird anschließend auf Temperaturen zwischen 200 K und 4 K herabgekühlt und mit Licht von geeigneter Wellenlänge bestrahlt. Anschließend wird das resultierende Fluoreszenzspektrum aufgenommen.Interesting results can also be obtained in the field of sports performance diagnostics by determining the lactate values with the aid of this method. Lactate is the salt of lactic acid and is the end product of anaerobic glucose metabolism. If the body does not have enough oxygen for aerobic metabolism due to different stress situations, energy is provided by anaerobic glycolysis, which produces lactic acid as a degradation product Enriching blood. This accumulation causes an increase in the blood lactate value. Increased lactate levels are therefore usually an indication that individual areas of the body are insufficiently supplied with oxygen. For this reason, lactate is the most important indicator for the assessment of physical performance. The determination of the blood lactate value is used in performance and mass sports for training control. During exercise, the lactate concentration in the blood increases. By creating a lactation curve (lactate concentration depending on the stress level), the training state of an athlete can be assessed. The later the lactate value increases due to the stress, the better the training state of the subject. To determine the lactate concentration in the blood of the subject using the present method, this must be taken about two milliliters of blood. The withdrawn blood sample 5 is then cooled down to temperatures between 200 K and 4 K and irradiated with light of suitable wavelength. Subsequently, the resulting fluorescence spectrum is recorded.
Mitochondriale Funktionsstörungen stellen eine der Hauptursachen für menschliche, neurodegenerative und neurometabolische Erkrankungen dar. Als Erkrankungen der Mitochondrien (Mitochondropathie) werden im engeren Sinne alle Störungen von Enzymen zusammengefasst, die an der Energiegewinnung der Zellen beteiligt sind. Geschädigte Mitochondrien bilden Stickstoffmonoxid. Dieses Stickstoffmonoxid hemmt die Energiebildung in den Mitochondrien, und zwar organübergreifend. Die betroffenen Zellen geraten damit in ein chronisches Energiedefizit, sind somit leichter erschöpfbar und benötigen immer längere Ruhezeiten. Ein charakteristischer Befund, welcher stark auf eine Mitochondrienschädigung hinweist, ist ein sehr hohes Verhältnis von Milch- zu Brenztraubensäure (Laktat zu Pyruvat). Pyruvat ist das Salz der Brenztraubensäure und stellt das Kernprodukt der Glykolyse dar. Bei starker körperlicher Belastung ist die Glykolyse zur zusätzlichen Energiegewinnung um ein Vielfaches erhöht, was eine gesteigerte Pyruvat-Synthese zur Folge hat. Der Überschuss an Pyruvat kann im Zitronensäurezyklus jedoch nicht vollständig verarbeitet werden, so dass das überschüssige Pyruvat in Laktat umgewandelt wird. Somit steht ein verminderter Pyruvatgehalt im Blut meist mit Abbaustörungen im Kohlenhydratstoffwechsel im Zusammenhang. Die Vorgehensweise bei der Blutanalyse unterscheidet sich bei der Untersuchung des Laktat/Pyruvat-Verhältnisses nicht von denen der oben genannten Beispiele. Auch für diese Untersuchung müssen dem Probanden in einem ersten Schritt etwa zwei Milliliter Körperflüssigkeit (Blut) entnommen werden, welche anschließend in eine Messküvette 6 verbracht und innerhalb der Messvorrichtung 1 auf 200 K bis 10 K abgekühlt wird. Im Folgenden wird die gefrorene Probe 5 mit Licht bestrahlt und die daraus resultierende Fluoreszenz wird vom Messsystem abgegriffen. Dass die Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Verminderung der Temperatur im Falle des Laktat detektierbar ist, wurde bereits im Beispiel der Bestimmung des Laktatwertes gezeigt. Die
Zusammenfassend kann für alle drei der hier beschriebenen Einsatzbeispiele gezeigt werden, dass die beschriebene Methode beim Einsatz in diesen Untersuchungsfeldern einen deutlichen Wissensvorteil bringt. Zudem zeigt sich hier, dass alle drei Beispieluntersuchungen mittels einer Methode durchgeführt werden konnten. Da die gewählten Beispiele alle zumindest zum Teil auf Daten beruhen, die aus einer Blutanalyse gewonnen wurden, ist es mit dieser Methode sogar theoretisch möglich, diese Untersuchungen quasi parallel an einer Körperflüssigkeitsprobe für einen Probanden durchzuführen. Die Untersuchung weiterer Indikatoren aus Körperflüssigkeiten, welche auf andere Krankheitsbilder hindeuten, ist mit dieser Methode ebenfalls denkbar. Hierbei ist jedoch, wie bereits erwähnt, darauf zu achten, dass nicht alle der gewählten Indikatoren optimal mit ein und derselben Wellenlänge zum Fluoreszieren anzuregen sind. Somit muss bei der Auslegung der Messvorrichtung 1 darauf geachtet werden, zum Teil auch verschiedene Lichtquellen in den Messvorgang einzubinden.In summary, it can be shown for all three of the application examples described here that the method described brings a clear knowledge advantage when used in these examination fields. It also shows that all three examinations could be performed by one method. Since the selected examples are all based, at least in part, on data obtained from a blood analysis, this method even makes it theoretically possible to conduct these examinations virtually parallel to a body fluid sample for a subject. The investigation of further indicators from body fluids, which point to other clinical pictures, is also conceivable with this method. Here, however, as already mentioned, care must be taken that not all of the selected indicators are optimally stimulated to fluoresce at the same wavelength. Thus, care must be taken in the design of the measuring device 1 to include some different light sources in the measurement process.
- 11
- Messvorrichtungmeasuring device
- 22
- Lichtquellelight source
- 33
- Kryostatcryostat
- 44
- Fluoreszenzspektrograph, BildgebungsdetektorFluorescence spectrograph, imaging detector
- 55
- Probe, Körperflüssigkeitsprobe, Probenbestandteile, BlutprobeSample, body fluid sample, sample components, blood sample
- 66
- Küvette, MessküvetteCuvette, measuring cuvette
- 77
- Probenmesszelle, ProbenhalterungSample cell, sample holder
- 88th
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 99
- Heizungheater
- 1010
- KryostatenwandungKryostatenwandung
- 1111
- UV-gängige FensterUV-standard windows
- 1212
- Kompressorencompressors
- 1313
- Schlauchsystemhose system
- 1414
- Computer, AuswertungseinheitComputer, evaluation unit
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108333163A (en) * | 2018-04-08 | 2018-07-27 | 中国人民解放军南京军区南京总医院 | A kind of safe screening fluoroimmunoassay system of portable blood |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4933844A (en) | 1988-09-26 | 1990-06-12 | Otvos James D | Measurement of blood lipoprotein constituents by analysis of data acquired from an NMR spectrometer |
US5341805A (en) | 1993-04-06 | 1994-08-30 | Cedars-Sinai Medical Center | Glucose fluorescence monitor and method |
US5343389A (en) | 1991-07-30 | 1994-08-30 | North Carolina State University | Method and apparatus for measuring classes and subclasses of lipoproteins |
US6127138A (en) | 1997-04-24 | 2000-10-03 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Method of enzymatically measuring glycated protein |
DE60026287T2 (en) | 1999-04-22 | 2006-08-17 | Liposcience, Inc. | NMR METHOD FOR DETERMINING THE RISK FOR DEVELOPING DIABETES TYPE 2 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1849858U (en) * | 1960-09-16 | 1962-04-12 | Beckman Instruments Inc | LOW TEMPERATURE CUVETTE FOR OPTICAL EXAMINATIONS. |
DD142387A1 (en) * | 1979-03-16 | 1980-06-18 | Siegfried Daehne | LASER IMPULSFLUORIMETER |
US5898493A (en) * | 1996-06-07 | 1999-04-27 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Capillary electrophoresis-fluorescence line narrowing system (CE-FLNS) for on-line structural characterization |
RU2460804C2 (en) * | 2004-10-18 | 2012-09-10 | Брандейс Юнивесити | Method for homogenous detection of one-strand amplification product |
-
2009
- 2009-06-02 DE DE200910026651 patent/DE102009026651A1/en not_active Ceased
-
2010
- 2010-06-01 EP EP10164648A patent/EP2259049A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4933844A (en) | 1988-09-26 | 1990-06-12 | Otvos James D | Measurement of blood lipoprotein constituents by analysis of data acquired from an NMR spectrometer |
US5343389A (en) | 1991-07-30 | 1994-08-30 | North Carolina State University | Method and apparatus for measuring classes and subclasses of lipoproteins |
US5341805A (en) | 1993-04-06 | 1994-08-30 | Cedars-Sinai Medical Center | Glucose fluorescence monitor and method |
US6127138A (en) | 1997-04-24 | 2000-10-03 | Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd. | Method of enzymatically measuring glycated protein |
DE60026287T2 (en) | 1999-04-22 | 2006-08-17 | Liposcience, Inc. | NMR METHOD FOR DETERMINING THE RISK FOR DEVELOPING DIABETES TYPE 2 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
GROSSMANN K ET AL: "Fluorescence properties of a uranyl(V)-carbonate species [U(V)O2(CO3)3]5- at low temperature", SPECTROCHIMICA ACTA, PART A: MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY SPECTROCHIMICA ACTA, PART A: MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY, vol. 72A, no. 2, 1 March 2009 (2009-03-01), pages 449 - 453, XP002596261 * |
LINDSTROM J.; TUOMILEHTO J.: "The Diabetes Risk Score: A practical tool to predict type 2 diabetes risk", DIABETES CARE, vol. 26, no. 3, 2003, pages 725 - 731, XP055474872, DOI: doi:10.2337/diacare.26.3.725 |
WIMMER C ET AL: "Untersuchungen zur Fluoreszenz von Lactat bei Raumtemperatur und tiefen Temperaturen", vol. 81, no. 4, 12 March 2009 (2009-03-12), pages 501 - 504, XP002596256, Retrieved from the Internet <URL:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cite.200800169/pdf> [retrieved on 20100812] * |
ZELENT B ET AL: "Temperature dependence for fluorescence of beta-NADH in glycerol/water solution and in trehalose/sucrose glass", vol. 17, 14 December 2006 (2006-12-14), pages 37 - 42, XP002596273, Retrieved from the Internet <URL:http://www.springerlink.com/content/4335v34145227566/fulltext.pdf> [retrieved on 20100812] * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108333163A (en) * | 2018-04-08 | 2018-07-27 | 中国人民解放军南京军区南京总医院 | A kind of safe screening fluoroimmunoassay system of portable blood |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009026651A1 (en) | 2011-02-17 |
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